(57)【要約】  圧電体は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成されている。圧電体の表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。圧電体の表面の尖り度は、３．０以上４．０以下である。圧電体の表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体であって、
表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、
表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である、
圧電体。
【請求項２】
前記圧電体の表面には、一方向に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在している複数の凹条が形成されており、
前記一方向に直交する方向における前記圧電体の長さの最小値は、９０μｍ以下である、
請求項１に記載の圧電体。
【請求項３】
前記一方向に直交する方向における前記圧電体の長さの最小値は、５０μｍ以下である、請求項２に記載の圧電体。
【請求項４】
前記圧電体の表面の突起頂上の個数密度は、０．０５個／μｍ２以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電体。
【請求項５】
マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体と、
前記圧電体を挟んで互いに対向するように配置されている、前記圧電体に電圧を印加するための一対の電極と、
を有し、
前記圧電体の表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記圧電体の表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、
前記圧電体の表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である、
圧電素子。
【請求項６】
前記圧電体の表面には、前記一対の電極の対向方向に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在している複数の凹条が形成されている、請求項５に記載の圧電素子。
【請求項７】
前記対向方向に直交する方向における前記圧電体の長さの最小値は、９０μｍ以下である、請求項６に記載の圧電素子。
【請求項８】
前記対向方向に直交する方向における前記圧電体の長さの最小値は、５０μｍ以下である、請求項７に記載の圧電素子。
【請求項９】
前記圧電体の表面の突起頂上の個数密度は、０．０５個／μｍ２以下である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１０】
複数の前記圧電体を有し、
前記複数の圧電体は、平面方向の一方向または平面方向において、互いに離間して配列されている、
請求項５〜９のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか一項に記載の圧電素子を有する、超音波探触子。
【請求項１２】
前記圧電素子の背面側に設けられた、前記圧電素子の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する背面層をさらに有する、請求項１１に記載の超音波探触子。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の超音波探触子を有する、超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記超音波探触子との間において信号の送受信を制御するための制御部と、
前記超音波探触子から送信された信号に基づいて、画像情報を生成するための画像処理部と、
をさらに有する、請求項１３に記載の超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体、圧電素子、超音波探触子および超音波撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野において利用されている超音波撮像装置は、圧電体と、圧電体に電圧を印加するための一対の電極とを備えている圧電素子を有する。超音波撮像装置では、圧電素子の圧電体を電気信号により振動させることで、超音波を発生させ、送信する。被検体で反射した超音波は、圧電素子により受信される。これにより、超音波撮像装置は、被検体の超音波画像を得ることができる。【０００３】
圧電素子における超音波に対する感度を高める方法として、圧電体を小さくする方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、塩酸およびフッ酸を含有するエッチング液を用いたエッチング処理により、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）の単結晶で構成された圧電体の一方向の長さを４３μｍから３７μｍとしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】高橋秀彰、難波義治、高橋誠、“強誘電体単結晶の比誘電率に及ぼす加工の影響”、２０１３年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、ｐ．２２３−２２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載の方法では、エッチング処理によって、圧電体の比誘電率が４５７０から２２５０へ低下している。このように、非特許文献１に記載の方法では、圧電体を小さくすることにより、圧電体の比誘電率が低下してしまうという問題がある。【０００６】
本発明の第１の課題は、圧電体を小さくすることによる比誘電率の低下を抑制することができる、ＰＭＮ−ＰＴの単結晶で構成された圧電体を提供することである。また、本発明の第２の課題は、超音波に対して感度の高い圧電素子および超音波探触子を提供することである。さらに、本発明の第３の課題は、高い空間分解能で被検体の超音波画像を得ることができる超音波撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記第１の課題を解決するための一手段として、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体であって、表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である圧電体を提供する。【０００８】
上記第２の課題を解決するための第１の手段として、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体と、前記圧電体を挟んで互いに対向するように配置されている、前記圧電体に電圧を印加するための一対の電極と、を有し、前記圧電体の表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、前記圧電体の表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、前記圧電体の表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である圧電素子を提供する。【０００９】
上記第２の課題を解決するための第２の手段として、本発明に係る圧電素子を有する超音波探触子を提供する。【００１０】
上記第３の課題を解決するための一手段として、本発明に係る超音波探触子を有する超音波撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る圧電体は、圧電体を小さくすることによる比誘電率の低下を抑制することができる。また、本発明に係る圧電素子および超音波探触子は、超音波に対する感度が高い。さらに、本発明に係る超音波撮像装置は、高い空間分解能で被検体の超音波画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施の形態に係る圧電素子の構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、圧電体の表面に形成されている複数の凹条の形状の一例を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】図３Ａ〜Ｅは、本実施の形態に係る圧電素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る超音波探触子の構成の一例を示す断面模式図である。
【図５】図５Ａは、本実施の形態に係る超音波撮像装置の構成の一例を模式的に示す図であり、図５Ｂは、超音波撮像装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６Ａ、Ｂは、変形例に係る圧電体の形状を示す図である。
【図７】図７は、圧電体基板から柱状の圧電体を有する圧電素子を製造する工程の一例の前半部を模式的に示す図である。
【図８】図８は、圧電体基板から柱状の圧電体を有する圧電素子を製造する工程の一例の後半部を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施の形態に係る圧電素子は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＴ）の単結晶で構成された圧電体と、樹脂とが交互に配列されている圧電部材を含む。
【００１４】
［圧電素子の構成］
図１は、本実施の形態に係る圧電素子１３０の構成の一例を示す斜視図である。本実施の形態に係る圧電素子１３０は、圧電部材１０と、圧電部材１０に電圧を印加するための一対の電極３０と、を有する。なお、図１において、Ｘ方向を圧電体１１の短手方向とし、Ｙ方向を圧電体１１の長手方向とし、Ｚ方向を圧電体１１の厚み方向とした。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は、互いに直交している。
【００１５】
（圧電部材）
本実施の形態に係る圧電部材１０は、交互に配列されている複数の圧電体１１と、複数の樹脂１２とを有する。複数の圧電体１１は、平面方向（ＹＺ方向）の一方向（Ｚ方向）において、樹脂１２を介して互いに離間して配列されている。
【００１６】
本実施の形態に係る圧電体１１は、算術平均高さＳａ、尖り度Ｓｋｕおよび最小自己相関長さＳａｌにより規定される所定の表面粗さを有する。本実施の形態に係る圧電体１１の製造工程には、ダイシング工程およびエッチング工程が含まれる。圧電体１１の表面粗さは、ダイシング工程およびエッチング工程に由来する。
【００１７】
圧電体１１の表面の算術平均高さＳａは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。圧電体１１の表面の算術平均高さＳａとは、圧電体１１の表面の凹凸の高さ（深さ）方向における平均位置に位置する平均面と、各凹凸の頂点との距離の平均を表す。上記算術平均高さＳａが５０ｎｍ未満であると、圧電体１１の表面における、誘電性を有しない層（以下、「ダメージ層」ともいう）の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。また、上記算術平均高さＳａが２００ｎｍ超であると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。このような観点から、圧電体１１の表面の算術平均高さＳａは、７０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
上記算術平均高さＳａは、例えば、ダイシングの方法およびエッチングの方法に応じて、適宜調整されうる。上記算術平均高さＳａは、例えば、ダイシング工程において用いられるブレードの砥粒の粒径が大きくなるほど、大きくなる。また、上記算術平均高さＳａは、例えば、エッチング工程において使用されるエッチング液がフッ化物および塩酸を含んでいる場合、大きくなる傾向にある。これは、不動態であるフッ化鉛および塩化鉛が圧電体１１の表面に形成され、不動態が形成されている部分では、不動態によってエッチングが阻害されるためと考えられる。また、上記算術平均高さＳａは、例えば、エッチング工程において使用されるエッチング液が硝酸を含んでいる場合、硝酸の濃度が小さいほど、大きくなる。これは、硝酸の濃度が小さいほど上記不導態を除去する作用が弱くなるためと考えられる。さらに、上記算術平均高さＳａは、例えば、エッチング工程においてエッチング液の撹拌力（例えば、マグネティックスターラーの回転数）が小さいほど、大きくなる。これは、エッチング液の流動による上記不動態を除去する作用が弱くなるためと考えられる。
【００１９】
圧電体１１の表面の尖り度Ｓｋｕは、３．０以上４．０以下である。圧電体１１の表面の尖り度Ｓｋｕとは、圧電体１１の表面に形成された凸形状の尖り度合いを表す。上記尖り度Ｓｋｕが３．０未満であると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。また、上記尖り度Ｓｋｕが４．０超であると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。このような観点から、圧電体１１の表面の尖り度Ｓｋｕは、３．２以上３．７以下であることが好ましい。
【００２０】
上記尖り度Ｓｋｕは、エッチングの方法に応じて、適宜調整されうる。上記尖り度Ｓｋｕは、例えば、エッチング工程においてエッチング時間が短いほど、大きくなる。上記尖り度Ｓｋｕは、例えば、エッチング工程において使用されるエッチング液がフッ化物および塩酸を含んでいる場合、大きくなる傾向にある。これは、上記不動態が圧電体１１の表面に形成された場合、エッチングの作用が不均一になることがあるためと考えられる。
【００２１】
圧電体１１の表面の最小自己相関長さＳａｌは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である。圧電体１１の表面の最小自己相関長さＳａｌとは、最も早く自己相関が最大値から特定の値（例えば、０．２）に減衰する方向における水平距離を表す。上記最小自己相関長さＳａｌが１．０μｍ未満であると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。また、上記最小自己相関長さＳａｌが４．０μｍ超であると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。このような観点から、圧電体１１の表面の最小自己相関長さＳａｌは、１．５μｍ以上３．５μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
上記最小自己相関長さＳａｌは、例えば、エッチングの方法に応じて、適宜調整されうる。上記最小自己相関長さＳａｌは、例えば、エッチング工程において使用されるエッチング液がフッ化物および塩酸を含んでいる場合、大きくなる傾向にある。これは、上記不動態が圧電体１１の表面に形成された場合、エッチングの作用が不均一になることがあるためと考えられる。
【００２３】
十分な比誘電率を得る観点から、圧電体１１の表面の突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、０．０５個／μｍ２以下であることが好ましい。本明細書中、突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、白色光干渉型顕微鏡ＮＴ−９３００（ブルカー・エイエックスエス株式会社製）を用いて、倍率を５０倍、Ｚ軸スキャンスピードを１倍、かつ測定範囲の縦横比Ｘ：Ｙを１２５μｍ：９４μｍと設定したときに測定された値を意味する。
【００２４】
上記突起頂上の個数密度Ｓｄｓが高すぎると、圧電体１１の表面におけるダメージ層の残存により、十分な比誘電率を得られないことがある。このような観点から、圧電体１１の表面の突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、０．０４個／μｍ２以下であることがより好ましい。
【００２５】
上記突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、例えば、エッチングの方法に応じて、適宜調整されうる。上記突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、例えば、エッチング工程においてエッチング時間が長いほど、小さくなる。これは、エッチングが等方的な加工であるため、エッチング時間が長くなるほど、圧電体１１の表面に形成されている角が丸くなるためと考えられる。
【００２６】
圧電体１１の表面の算術平均高さＳａ、尖り度Ｓｋｕ、最小自己相関長さＳａｌおよび突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、例えば、ＩＳＯ  ２５１７８に準拠した公知の表面粗さ計測機（例えば、白色光干渉型顕微鏡ＮＴ−９３００；ブルカー・エイエックスエス株式会社製）を用いて測定されうる。圧電素子１３０における圧電体１１の表面の算術平均高さＳａ、尖り度Ｓｋｕ、最小自己相関長さＳａｌおよび突起頂上の個数密度Ｓｄｓは、圧電素子１３０の樹脂１２を溶解させ、圧電体１１の表面を外部に露出させて測定されうる。
【００２７】
図２は、圧電体１１の表面に形成されている複数の凹条１３の形状の一例を示す電子顕微鏡写真である。詳細については後述するが、図２に示されるように、圧電体１１の表面には、一方向（図２中の矢印方向）に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在している複数の凹条１３が形成されていることが好ましい。本実施の形態では、圧電体１１の表面には、一対の電極３０の対向方向（Ｘ方向）に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在している複数の凹条１３が形成されている。
【００２８】
圧電体１１は、ＰＭＮ−ＰＴの単結晶で構成されている。圧電体１１の形状は、圧電部材１０の形状に応じて適宜変更されうる。本実施の形態に係る圧電体１１の形状は、板状である。
【００２９】
上記一方向（Ｘ方向）における圧電体１１の長さは、所望の超音波の周波数に応じて適宜設定されうる。たとえば、上記一方向における圧電体１１の長さは、６０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
上記一方向に直交する方向（Ｙ方向およびＺ方向）における圧電体１１の長さは、所望の比誘電率に応じて適宜設定されうる。たとえば、上記一方向に直交する方向における圧電体１１の長さの最小値（Ｚ方向における圧電体１１の長さ）は、９０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。本実施の形態では、一方向に直交する方向おける圧電体１１の長さの最小値は、一対の電極３０の対向方向（Ｘ方向）に直交する方向における圧電体１１の長さの最小値を表す。
【００３１】
樹脂１２は、隣り合う圧電体１１を所定の間隔で固定する。隣り合う圧電体１１の間隔は、圧電体１１の厚みに応じて適宜設定されうる。当該間隔が小さすぎると圧電素子１３０において隣り合う圧電体１１が互いに干渉してしまうことがある。また、上記間隔が大きすぎると圧電体１１の緻密な配置による所期の圧電特性が達成されないことがある。このような観点から、上記間隔は、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。また、上記間隔は、圧電体１１と樹脂１２とが等間隔に交互に配置されたときに、圧電体１１および樹脂１２の並び方向における、圧電体１１の割合が２０％以上となるように調整されることが好ましい。
【００３２】
樹脂１２の形状は、圧電体１１の形状に応じて決定されうる。本実施の形態では、樹脂１２の形状は、板状である。
【００３３】
樹脂１２には、圧電素子１３０における圧電体１１の固定に利用される公知の樹脂を用いることができる。樹脂１２の例には、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂が含まれる。
【００３４】
（電極）
一対の電極３０は、圧電体１１または樹脂１２を挟んで互いに対向するように圧電部材１０上に配置されている。一対の電極３０は、圧電部材１０の圧電体１１に電圧を印加する。電極３０の材料は公知の材料から適宜選択されうる。電極３０の材料の例には、金、銀、白金、パラジウム、ニッケルおよび銅が含まれる。
【００３５】
［圧電素子の製造方法］
次いで、圧電素子１３０の製造方法について説明する。図３Ａ〜Ｅは、本実施の形態に係る圧電素子１３０の製造工程の一例を示す模式図である。本実施の形態に係る圧電素子１３０の製造方法は、ＰＭＮ−ＰＴの単結晶で構成された圧電体基板１をダイシングする工程と、ダイシングされた圧電体基板１（以下、単に「ダイシング基板１ｄ」ともいう）をエッチングする工程と、エッチングされたダイシング基板１ｄにおいて隣り合う圧電体１１のギャップを調整する工程と、圧電体１１に電圧を印加するための一対の電極３０を形成する工程と、を含む。図３Ａ〜Ｅにおいて、圧電体基板１の短手方向をＸ方向とし、当該Ｘ方向に直交し、圧電体基板１の長手方向をＹ方向とし、圧電体基板１の厚み方向をＺ方向とする。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向は、互いに直交している。
【００３６】
（ダイシング）
まず、ＰＭＴ−ＰＴの単結晶で構成された圧電体基板１を準備する（図３Ａ参照）。圧電体基板１には、ダイシングによってＹ方向に沿う複数の切り込みが形成される（図３Ｂ参照）。ダイシングにより、複数の板状の圧電体切片２が形成される。圧電体切片２は、それぞれが切り離されていてもよいが、並立する複数の圧電体切片２のいずれもが圧電体基体１から一体的に接続していることが、圧電体切片２の取り扱いを容易にする観点から好ましい。本実施の形態では、圧電体切片２は、圧電体基板１から一体的に接続されている。このような圧電体切片２群は、圧電体基板１のＸ方向における一端部を残して切れ込みを入れることで形成される。
【００３７】
圧電体切片２のＸ方向における長さ（高さ）は、ダイシングによる切り込み長さによって決定される。圧電体切片２の高さは、所望の高さの圧電体１１を形成する観点から、適宜変更されうる。たとえば、圧電体切片２の高さは、１２０μｍ以上４２５μｍ以下である。また、圧電体切片２の高さは、例えば、圧電素子１３０における圧電体１１の高さより５０μｍ程度大きく、かつ圧電素子１３０における圧電体１１の高さの２倍の長さより小さいことが好ましい。
【００３８】
圧電体切片２のＺ方向における長さ（厚み）は、ダイシングによる切れ込みの間隔（ピッチ）によって決定される。圧電体切片２の厚みは、所望の厚みの圧電体１１を形成する観点から、適宜変更されうる。圧電体切片２の厚みは、圧電素子１３０における圧電体１１の厚みよりもエッチングで溶ける分だけ厚い。たとえば、圧電体切片２の厚みは、４０μｍ以上１１０μｍ以下である。
【００３９】
（エッチング）
ダイシング基板１ｄは、エッチング液に浸漬され、エッチングされる（図３Ｃ参照）。エッチングにより、複数の圧電体切片２は、いずれも実質的に一定なエッチングに供され、圧電体切片２において、一定の所期の高さおよび厚みを有するように成形される。
【００４０】
上記エッチング液は、０．１質量％以上２０質量％以下のフッ化アンモニウムと、０．１質量％以上２０質量％以下の硝酸とを含有する。上記エッチング液の残りの成分は、通常、水である。
【００４１】
フッ化アンモニウムは、鉛成分以外を溶解させるとともに、不溶性の不動態（フッ化鉛）を生成する。上記エッチング液におけるフッ化アンモニウムの含有量が０．１質量％未満であると、エッチングが不十分となることがあり、２０％超であると、不動態の生成が速すぎて、均一なエッチングが行われなくなることがある。このような観点から、上記エッチング液におけるフッ化アンモニウムの含有量は、４質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
【００４２】
硝酸は、フッ化アンモニウムおよび鉛成分に起因する不動態を溶解させる。上記エッチング液における硝酸の含有量が０．１質量％未満であると、不動態の除去が均一に行われずエッチングが不十分となることがあり、２０％超であると、光に晒されたときに硝酸が分解し、失活してしまうことがある。このような観点から、上記エッチング液における硝酸の含有量は、０．１質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
【００４３】
上記エッチング液は、本実施の形態の効果を奏する範囲において、フッ化アンモニウムおよび硝酸以外の他の成分をさらに含有していてもよい。当該他の成分の例には、フッ化ナトリウムおよびヘキサフルオロケイ酸が含まれる。上記他の成分は、一種でもよいし、それ以上であってもよい。フッ化ナトリウムは、上記エッチング液によるエッチングを促進させる。上記エッチング液におけるフッ化ナトリウムの含有量は、例えば、０．１質量％以上１９．９質量％以下である。また、ヘキサフルオロケイ酸は、複数の圧電体切片２間のエッチング速度を均一にする作用を呈する。上記エッチング液におけるヘキサフルオロケイ酸の含有量は、例えば、０．１質量％以上１９．９質量％以下である。
【００４４】
エッチングは、ガラス製の容器（例えば、ガラスシャーレ）を用いて行われることが好ましい。これにより、フッ化アンモニウムおよび鉛成分に起因する不動態の生成をより効果的に抑制することができる。
【００４５】
上記エッチング工程は、圧電体切片２の表面を上記エッチング液に十分に接触させることによって行うことができる。たとえば、上記エッチング工程は、適度に撹拌されている上記エッチング液に圧電体切片２を浸漬させることによって行うことができる。「適度な撹拌」とは、例えば、圧電体切片２の表面近傍におけるエッチング液の滞留を防止する（圧電体切片２の表面にエッチング液が供給され続ける）のに十分な撹拌速度での撹拌である。
【００４６】
前記エッチングする工程におけるエッチング速度は、速すぎると複数の圧電体切片２間でのエッチングの進行が不均一となることがある。圧電体切片２同士の均一なエッチングの観点から、上記エッチング速度は１μｍ／分未満であることが好ましい。なお、上記エッチング速度の下限は、圧電素子１３０の生産性の観点から決めることができ、このような観点から、上記エッチング速度は、０．０４μｍ／分以上であることが好ましい。
【００４７】
上記エッチング速度は、エッチング液中の上記エッチング成分の含有量によって調整することが可能であり、例えば、当該含有量を多くすることによって上記エッチング速度を高めることができる。
【００４８】
また、上記エッチング速度は、エッチング液の温度によって調整することが可能であり、例えば、エッチング液の温度を高くすることによって上記エッチング速度を高めることができる。エッチング液の温度は、上記のエッチング速度（１μｍ／分）を実現する観点から３５℃以下であることが好ましい。エッチング液の温度の下限は、エッチング液が液体の状態を保てる範囲であればよいが、温度制御の簡略化の観点から常温（例えば２５℃）であることが好ましい。
【００４９】
さらに、上記エッチング速度は、エッチング液の撹拌の有無または撹拌速度によって調整することが可能であり、例えば、エッチング液の撹拌を強くすることによって上記エッチング速度を高めることができる。エッチング液の撹拌速度は、前述したように、圧電体切片２の表面近傍でのエッチング液の滞留を防止することができ、かつ、エッチング工程中に圧電体切片２のそれぞれが折れない程度であればよく、例えば、ガラスシャーレに収容されたエッチング液でエッチング工程を行う場合には、マグネティックスターラーで１５０ｒｐｍ程度とすることができる。
【００５０】
上記エッチング工程は、圧電体１１の形状、表面粗さ、および配置の精密な制御に適している。たとえば、上記エッチング工程は、３０μｍ以下の幅と８０μｍ以上の高さとを有する圧電体切片２の形成に適している。 
【００５１】
（ギャップ調整）
ギャップ調整工程は、２つのエッチング基板１ｅを互いに重ね合せる工程と、樹脂１２を充填する工程と、樹脂１２を硬化させる工程とを含む。
【００５２】
まず、２つのエッチング基板１ｅを圧電体切片２が互い違いにかみ合う配置となるように互いに重ね合せる。具体的には、まず、圧電体切片２を乾燥させて圧電体切片２間の水を除去する。本実施の形態では、エッチングされたダイシング基板１ｄであるエッチング基板１ｅを２つ準備する。そして、図３Ｄに示されるように、一方のエッチング基板の圧電体切片２が他方のエッチング基板の隣り合う圧電体切片２間の空隙に配置されるように、２つのエッチング基板１ｅを重ね合わせる。次いで、一方のエッチング基板１ｅの圧電体切片２と、他方のエッチング基板１ｅの圧電体切片２との間の空隙に樹脂１２を充填する。樹脂１２が隣り合う圧電体切片２間に充填された状態で、樹脂１２を硬化させることにより、エッチング後の一定の厚さを有する圧電体切片２を、樹脂１２により一定の間隔で固定させることができる。
【００５３】
なお、２つのエッチング基板１ｅの互いに対向する面には、位置決めのための構造がそれぞれ形成されていてもよい。たとえば、一方のエッチング基板１ｅには位置決め用の凸部が形成され、他方のエッチング基板１ｅには当該凸部に対応する位置に位置決め用の凹部が形成されていてもよい。位置決め用の凸部と、位置決め用の凹部とを互いに嵌合させることにより、容易に位置合わせを行うことができる。
【００５４】
（電極の形成）
最後に、圧電体切片２（圧電体１１）と樹脂１２とが交互に配列されている圧電部材１０以外の部分をＸ方向において切断し、Ｘ方向における圧電部材１０の両端面に電極３０を配置する。電極３０を形成する方法は、公知の方法から適宜に選択されうる。たとえば、上記両端面上にクロムおよび金をこの順にスパッタリングによって形成すればよい。
【００５５】
上記両端面は、電極３０の配置の前に、その表面粗さを調整するため、あるいは、圧電部材１０のＸ方向における厚さを調整するために研磨されてもよい。たとえば、その粒径が０．５または１、２μｍの各種砥粒を用いるブラスト処理などの公知の方法によって行うことができる。上記端面の表面粗さは、例えば、形成される電極３０の密着性（圧電部材１０によるアンカー効果）を高める観点から、算術平均粗さＲａで１５０〜２５０ｎｍであることが好ましい。
【００５６】
なお、上記ギャップ調整工程では、２つのエッチング基板１ｅを互いに重ね合わせる場合について説明したが、隣り合う圧電体切片２間の間隔を調整する方法は、上記の方法に限定されない。たとえば、１つのエッチング基板１ｅの圧電体切片群を、粒径が整えられている樹脂粒子のスラリー中に浸漬し、引き上げることによって行ってもよい。このような方法によれば、圧電体切片２間に上記樹脂粒子が隣り合う圧電体切片２によって挟持されるように配置され、隣り合う圧電体切片２間の間隔は、当該樹脂粒子の粒径と同じ大きさの間隔に調整される。
【００５７】
また、１つのエッチング基板１ｅの圧電体切片群を特定の粘度を有する液状の樹脂に浸漬し、引き上げることによっても行うことができる。この方法によれば、その粘度に応じた量で樹脂が圧電体切片２の表面に付着する。たとえば、液状の樹脂の粘度を高くすることによって、圧電体切片２の表面における上記樹脂の付着量をより多くする（上記表面に樹脂をより厚く付着させる）ことができる。よって、隣り合う圧電体切片２間には上記樹脂が充填され、かつ圧電体切片２間の間隔は、当該樹脂の付着量に応じた特定の間隔に調整される。
【００５８】
また、圧電体切片２が外力により歪む程度に圧電体切片２の幅が小さい場合には、エッチング基板１ｅの圧電体切片２の間の空隙に、硬化前の樹脂１２が充填された状態で、外力により隣り合う圧電体切片２間の距離を小さくしてもよい。
【００５９】
以上の手順により、板状の圧電体１１と樹脂１２とが交互に配置してなる圧電部材１０を有する圧電素子１３０が作製される。上記ダイシング工程および上記エッチング工程を含む上記製造方法により製造された圧電素子１３０における圧電体１１の表面粗さについては、算術平均高さＳａが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、尖り度Ｓｋｕが３．０以上４．０以下であり、最小自己相関長さＳａｌが１．０μｍ以上４．０μｍ以下となる。
【００６０】
圧電体１１の比誘電率は、圧電体１１の大きさに比例する。しかし、ダイシングされた圧電体１１の表面には、圧電性（誘電性）を有しないダメージ層が形成される。このため、ダメージ層が形成された圧電体１１の比誘電率は、圧電体１１の大きさに基づいて算出される比誘電率よりも小さくなる。たとえば、圧電体１１の比誘電率は、板状の圧電体１１の一方向（Ｘ方向）に直交する方向における圧電体１１の長さの最小値（Ｚ方向における圧電体１１の長さ）に基づいて算出される比誘電率と比較されうる。ダメージ層が形成された圧電体１１の比誘電率の低下は、Ｚ方向における圧電体１１の長さが９０μｍ以下のときに顕著となり、５０μｍ以下のときにより顕著となる。
【００６１】
しかしながら、本実施の形態に係る圧電体１１は、算術平均高さＳａが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、尖り度Ｓｋｕが３．０以上４．０以下であり、最小自己相関長さＳａｌが１．０μｍ以上４．０μｍ以下である表面粗さを有している。上記表面粗さを有する圧電体１１は、圧電体１１を小さくすることによる比誘電率の低下が抑制される。すなわち、上記表面粗さを有する圧電体１１は、圧電体１１の大きさに基づいて算出される理論値と同等かそれ以上の大きさの比誘電率を有する。これは、圧電体１１においては、上記エッチング工程によって上記ダメージ層を除去することができるためと推定される。たとえば、本実施の形態に係る圧電体１１の比誘電率は、圧電部材１０における、Ｚ方向における圧電体１１の長さの割合と、ダイシング前の圧電体基板１の比誘電率（例えば、４０００）との積算値である理論値と同等かそれ以上の大きさとなる。
【００６２】
また、本実施の形態に係る圧電素子１３０の圧電体１１の表面には、一対の電極３０の対向方向に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在した複数の凹条１３が形成されている。この結果として、凹条１３による圧電体１１の比誘電率の低下を抑制できる。仮に、凹条１３が一対の電極３０の対向方向に対して２０°超の方向に沿うように延在していると、凹条１３が一対の電極３０間に形成される電界を横切るように延在することとなる。このため、圧電体１１の比誘電率は低下してしまう。しかしながら、本実施の形態に係る圧電素子１３０の圧電体１１の表面の凹条１３は、凹条１３が一対の電極３０の対向方向に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように延在している。これにより、凹条１３は、一対の電極３０間に形成される電界の方向に沿うように延在することができる。結果として、凹条１３による圧電体１１の比誘電率の低下を抑制することができるものと推定される。
【００６３】
圧電素子１３０は、超音波探触子に適用可能である。当該超音波探触子は、例えば、複数の圧電素子１３０が配列してなる超音波トランスデューサーを有し得る。圧電素子１３０は、圧電特性に優れていることから、それを有する超音波プローブは、送受信感度に優れるとともに高空間分解能と長距離測定との両方を実現可能である。
【００６４】
［超音波探触子の構成］
図４は、本実施の形態に係る超音波探触子１００の構成を示す断面模式図である。本実施の形態に係る超音波探触子１００は、背面層１１０、音響反射層１２０、圧電素子１３０、音響整合層１４０および不図示のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を有する。
【００６５】
背面層１１０は、圧電素子１３０の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有し、不要な超音波を吸収するための超音波吸収体である。本実施の形態では、背面層１１０は、音響反射層１２０を支持している。背面層１１０は、圧電素子１３０における被検体（例えば生体）に超音波を送受信する方向と反対側の面（裏面または背面）に装着され、被検体の方向の反対側に発生する超音波を吸収する。
【００６６】
背面層１１０の材料の例には、天然ゴム、フェライトゴム、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、熱可塑性樹脂、および、これらの材料の少なくともいずれかと酸化タングステンや酸化チタン、フェライトなどの粉末との混合物をプレス成形した樹脂系複合材が含まれる。また、背面層１１０の材料の他の例には、当該樹脂系複合材を粉砕し、上記熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの他の材料と混合し、硬化させた材料が含まれる。
【００６７】
上記熱可塑性樹脂の例には、塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ＡＢＳ樹脂、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリエチレングリコール、および、ポリエチレンテレフタレート−ポリエチレングリコール共重合体が含まれる。背面層１１０の材料としては、中でも樹脂系複合材、その中でも特にゴム系複合材料またはエポキシ樹脂系複合材が好ましい。
【００６８】
また、背面層１１０には、必要に応じて他の配合剤が添加されていてもよい。たとえば、背面層１１０の音響インピーダンスを調整する観点から、マコールガラスやガラスなどの無機材料、空隙を有する多孔質材料が背面層１１０に添加されていてもよい。
【００６９】
背面層１１０の形状は、圧電素子１３０や、圧電素子１３０を有する超音波探触子１００などの形状に応じて、適宜に決めることができる。
【００７０】
背面層１１０の厚みは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００７１】
なお、背面層１１０および後述のＦＰＣは、例えば、当該技術分野で通常使用される接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）で互いに接着され得る。
【００７２】
音響反射層１２０は、圧電素子１３０の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する。音響反射層１２０は、圧電素子１３０における被検体に超音波を送受信する方向と反対側の面（裏面）に装着され、被検体の方向の反対側に送信された超音波を反射する。超音波に対する感度を高める観点から、超音波探触子１００は、音響反射層１２０を有していることが好ましい。
【００７３】
音響反射層１２０の材料の例には、タングステンおよびタンタルが含まれる。中でも、音響反射層１２０の材料としては、タングステンカーバイドであることが好ましい。音響反射層１２０には、必要に応じて他の配合剤が添加されていてもよい。
【００７４】
音響反射層１２０の厚みは、５０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以上２５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００７５】
圧電素子１３０は、電気信号を機械的な振動に変換することができ、機械的な振動を電気信号に変換することもできる。圧電素子１３０および音響反射層１２０の接着性を高める観点から、圧電素子１３０および音響反射層１２０の少なくとも一部は、接着層で互いに接着されていることが好ましい。接着層の材料としては、例えば、シリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤などを使用すればよい。
【００７６】
音響整合層１４０は、圧電素子１３０および被検体の間の音響インピーダンスを整合させて、境界面での超音波の反射を抑制するための層である。このために、音響整合層１４０は、圧電素子１３０と被検体との概ね中間の音響インピーダンスを有する。音響整合層１４０は、圧電素子１３０の上記被検体側（表面側）に、例えば、前述の他方の電極を介して配置されている。
【００７７】
音響整合層１４０は、単層でも積層でもよいが、音響特性の調整の観点から、音響インピーダンスが異なる複数の層の積層体であることが好ましく、例えば２層以上、より好ましくは４層以上である。音響整合層１４０の厚みは、λ／４であることが好ましい。λは、超音波の波長である。
【００７８】
音響整合層１４０は、例えば、種々の材料で構成することが可能である。音響整合層１４０の音響インピーダンスは、音響レンズに向けて被検体の音響インピーダンスに、段階的または連続的により近づくように設定されていることが好ましく、例えば、当該材料に添加する添加剤の種類および含有量によって調整することが可能である。
【００７９】
音響整合層１４０の材料の例には、アルミニウム、アルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｍｇ合金）、マグネシウム合金、マコールガラス、ガラス、溶融石英、コッパーグラファイトおよび樹脂が含まれる。当該樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ナイロン６やナイロン６６などのナイロン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂が含まれる。
【００８０】
上記添加剤の例には、亜鉛華、酸化チタン、シリカやアルミナ、ベンガラ、フェライト、酸化タングステン、酸化イットリビウム、硫酸バリウム、タングステン、モリブデン、ガラス繊維およびシリコーン粒子が含まれる。
【００８１】
ＦＰＣは、例えば、圧電体１１に電圧を印加するための一対の電極３０と接続される、圧電素子１３０に対応したパターンの配線を有する。たとえば、特に図示しないが、ＦＰＣは、一方の電極３０となる信号引き出し配線と、他方の電極３０に接続されるグランド引き出し配線とを有する。ＦＰＣは、上記の適当なパターンを有していれば、市販品であってもよい。
【００８２】
超音波探触子１００は、上記の圧電素子１３０を有する。よって、超音波探触子１００は、超音波に対して高い感度を得ることができる。
【００８３】
超音波探触子１００は、超音波撮像装置に好適に用いられる。当該超音波撮像装置は、超音波探触子１００の圧電素子１３０以外の部分は、公知の超音波撮像装置と同様に構成し得る。当該超音波撮像装置は、例えば、医療用超音波診断装置や非破壊超音波検査装置などに好適である。
【００８４】
［超音波撮像装置の構成］
図５Ａは、本実施の形態に係る超音波撮像装置２００の構成を模式的に示す図であり、図５Ｂは、超音波撮像装置２００の電気的な構成を示すブロック図である。
【００８５】
超音波撮像装置２００は、図５Ａに示されるように、装置本体２０１と、装置本体２０１にケーブル２０２を介して接続されている超音波探触子１００と、装置本体２０１上に配置されている入力部２０３および表示部２０８と、を有する。
【００８６】
装置本体２０１は、図５Ｂに示されるように、入力部２０３に接続されている制御部２０４と、制御部２０４およびケーブル２０２に接続されている送信部２０５および受信部２０６と、受信部２０６および制御部２０４のそれぞれと接続されている画像処理部２０７と、を有する。なお、制御部２０４および画像処理部２０７は、それぞれ表示部２０８と接続されている。
【００８７】
ケーブル２０２は、超音波探触子１００および送信部２０５と、超音波探触子１００および受信部２０６とをそれぞれ接続し、信号を伝達する。
【００８８】
入力部２０３は、例えば、診断開始などを指示するコマンドや被検体の個人情報などのデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボードなどである。
【００８９】
制御部２０４は、例えば、マイクロプロセッサや記憶素子、その周辺回路などを備えて構成されている。制御部２０４は、超音波探触子１００、入力部２０３、送信部２０５、受信部２０６、画像処理部２０７および表示部２０８を、それぞれの機能に応じて制御することによって超音波診断装置２００の全体の制御を行う回路である。
【００９０】
送信部２０５は、例えば、制御部２０４からの信号を、ケーブル２０２を介して超音波探触子１００に送信する。
【００９１】
受信部２０６は、例えば、超音波探触子１００からの信号を、ケーブル２０２を介して受信して制御部２０４または画像処理部２０７へ出力する。
【００９２】
画像処理部２０７は、例えば、制御部２０４の制御に従い、受信部２０６で受信した信号に基づいて被検体内の内部状態を表す画像（超音波画像）を形成する回路である。たとえば、画像処理部２０７は、被検体の超音波画像を生成するＤｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（ＤＳＰ）、および、当該ＤＳＰで処理された信号をディジタル信号からアナログ信号へ変換するディジタル−アナログ変換回路（ＤＡＣ回路）などを有している。
【００９３】
表示部２０８は、例えば、制御部２０４の制御に従って、画像処理部２０７で生成された、被検体の超音波画像を表示するための装置である。表示部２０８は、例えば、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置や、プリンタなどの印刷装置などである。
【００９４】
超音波撮像装置２００では、制御部２０４が入力部２０３からの信号を受信し、生体などの被検体に対して超音波（第１超音波信号）を送信させる信号を送信部２０５に出力するとともに、当該第１超音波信号に基づく被検体内から来た超音波（第２超音波信号）に応じた電気信号を受信部２０６に受信させる。すなわち、制御部２０４は、超音波探触子１００との間において信号の送受信を制御する。
【００９５】
受信部２０６で受信した電気信号は、画像処理部２０７に送られて当該電気信号に応じた画像信号に処理される。当該画像信号は、表示部２０８に送られて、当該画像信号に応じた画像が表示部２０８に表示される。表示部２０８は、また、入力部２０３から入力された、制御部２０４を介して送られる情報に基づき、当該情報に応じた画像および操作（文字の表示、表示された画像の移動や拡大など）も表示する。
【００９６】
超音波撮像装置２００は、超音波探触子１００を有する。よって、超音波撮像装置２００は、高い空間分解能で被検体の超音波画像を得ることができる。
【００９７】
［変形例］
図６Ａ、Ｂは、変形例に係る圧電体２１の形状を示す図である。上記実施の形態では、圧電体１１の形状が板状である場合について説明したが、本発明に係る圧電体の形状は、板状に限定されない。たとえば、圧電体の形状は、図６Ａ、Ｂに示されるように、柱状であってもよい。この場合、複数の圧電体２１は、平面方向において、互いに離間して配列されている。
【００９８】
なお、上記の「柱状」の断面の形状は、一般に矩形であり、図６Ａに示されるように正方形であってもよいし、図６Ｂに示されるように長方形であってもよい。当該断面の形状における縦横比は、１：１〜１：５であることが好ましく、１：１〜１：１．５であることがより好ましい。また、圧電体２１の断面の形状は、円形状であることがさらに好ましい。
【００９９】
図７は、圧電体基板１から柱状の圧電体２１を有する圧電素子を製造する工程の一例の前半部を模式的に示す図であり、図８は、圧電体基板１から柱状の圧電体２１を有する圧電素子を製造する工程の一例の後半部を模式的に示す図である。
【０１００】
柱状の圧電体２１を有する圧電素子を製造する場合、ダイシング工程において、圧電体基板１は、Ｘ方向およびＹ方向に切り込まれ、Ｘ方向およびＹ方向を幅方向とし、Ｚ方向を長手方向とする柱状の圧電体切片２２が形成される。上記切り込みは、Ｘ方向における一端部を残して形成され、並列する複数の圧電体切片２２は、いずれも一端で圧電体基板１の一端部に一体的に接続している。上記切り込みの深さ（圧電体切片２２のＸ方向における長さ）は、例えば、１２０μｍ以上４２５μｍ以下である。また、圧電体切片２２の高さは、例えば、圧電素子１３０における圧電体２１の高さより５０μｍ程度大きく、かつ圧電素子１３０における圧電体２１の高さの２倍の長さより小さいことが好ましい。
【０１０１】
柱状の圧電体２１を有する圧電素子を製造する場合も、圧電素子１３０を製造する場合と同様に、圧電体切片２２は、前述したエッチング液によりエッチングされる。これにより、並列する複数の圧電体切片２２は、いずれも実質的に一定なエッチングに供され、実質的に一定の所期の幅を有するように成形される。
【０１０２】
次いで、エッチングされた隣り合う圧電体切片２２の間に樹脂を充填する（第１充填工程）。こうして、エッチング後のＹＺ方向における位置関係が実質的に維持された状態で、圧電体切片２２がエポキシ樹脂に封入される。圧電体切片２２を封入しているエポキシ樹脂の部分を圧電体基板１の一端部から切り離して、一次封入体２３とする。
【０１０３】
次いで、一次封入体２３における樹脂の部分をＹ方向に沿って切断して第１の樹脂板部２４を作製する（第１配列工程）。第１の樹脂板部２４は、Ｙ方向における一端部を残して樹脂の部分を切断することで形成されており、Ｙ方向に沿って一列に配列する複数の圧電体切片２２を封入する板状の樹脂塊である。
【０１０４】
次いで、一次封入体２３における複数の並列する第１の樹脂板部２４を、前述の球状樹脂粒子を有するスラリーに浸漬し、次いで乾燥させる。こうして、隣り合う第１の樹脂板部２４間に上記樹脂粒子が導入され、第１の樹脂板部２４間の間隔が一定に調整される（図８参照、第１ギャップ調整工程）。
【０１０５】
次いで、間隔が調整された複数の第１の樹脂板部２４の間には、エポキシ樹脂がさらに充填される（第２充填工程）。これにより、圧電体切片２２が、Ｚ方向における所期の間隔で固定された圧電体切片２２を封入する二次封入体２５が作製される。二次封入体２５は、その後のＹ方向のギャップ調整の作業を容易にするために、Ｚ方向における一端側にエポキシ樹脂の部分を有している。
【０１０６】
次いで、二次封入体２５における圧電体切片２２間の樹脂の部分をＺ方向に沿って切断して第２の樹脂板部２６を作製する（第２配列工程）。第２の樹脂板部２６は、Ｚ方向における一端部を残して樹脂の部分を切断することで形成されており、Ｚ方向に沿って一列に配列する複数の圧電体切片２２を封入する板状の樹脂塊である。
【０１０７】
次いで、二次封入体２５における第２の樹脂板部２６を上記スラリーに浸漬し、次いで乾燥させる。こうして、隣り合う第２の樹脂板部２６間に上記樹脂粒子が導入され、第２の樹脂板部２６間の間隔が一定に調整される（第２ギャップ調整工程）。
【０１０８】
次いで、二次封入体２５における、間隔が調整された複数の第２の樹脂板部２６の間にエポキシ樹脂を充填する（第３充填工程）。これにより、圧電体切片２２は、Ｚ方向に加えてＹ方向においても所期の間隔で固定される。Ｙ方向における間隔が調整された第２の樹脂板部２６群を二次封入体２５から切り離し、最終封入体を得る。
【０１０９】
当該最終封入体は、そのまま、あるいはＸ方向における所期の長さ（例えば１００〜３００μｍ）に切断されて、圧電体と樹脂とが交互に配列してなる圧電部材２０となる。圧電部材２０のＸ方向における両端面を必要に応じて研磨してその表面粗さを調整し、当該両端面のそれぞれに電極３０を形成する。こうして、柱状の圧電体２１と樹脂とがＹ方向およびＺ方向の両方向において交互に配置してなる圧電部材２０を有する圧電素子が作製される。
【０１１０】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る圧電体は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体であって、表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である。この結果、上記圧電体を小さくすることによる比誘電率の低下を抑制することができる。
【０１１１】
上記圧電体の表面の突起頂上の個数密度が０．０５個／μｍ２以下であることは、十分な比誘電率を得る観点からより好ましい。
【０１１２】
本実施の形態に係る圧電素子は、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛の単結晶で構成された圧電体と、上記圧電体を挟んで互いに対向するように配置されている、上記圧電体に電圧を印加するための一対の電極と、を有し、上記圧電体の表面の算術平均高さは、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、上記圧電体の表面の尖り度は、３．０以上４．０以下であり、上記圧電体の表面の最小自己相関長さは、１．０μｍ以上４．０μｍ以下である。この結果、超音波に対する高い感度を得ることができる。
【０１１３】
上記圧電体の表面に上記一対の電極の対向方向に対して０°以上２０°以下の方向に沿うように互いに並行して延在している複数の凹条が形成されていることは、超音波に対する高い感度を得る観点からより好ましい。
【０１１４】
上記圧電体の表面の突起頂上の個数密度が０．０５個／μｍ２以下であることは、十分な比誘電率を得る観点からより好ましい。
【０１１５】
本実施の形態に係る超音波探触子は、上記圧電素子を有する。この結果、超音波に対する高い感度を得ることができる。
【０１１６】
上記超音波探触子が、上記圧電素子の背面側に設けられた、上記圧電素子の音響インピーダンスより大きい音響インピーダンスを有する背面層をさらに有することは、不要な超音波を吸収する観点から好ましい。
【０１１７】
本実施の形態に係る超音波撮像装置は、上記超音波探触子を有する。この結果、高い空間分解能で被検体の超音波画像を得ることができる。
【０１１８】
なお、上記実施の形態では、複数の圧電体１１を有する圧電素子１３０について説明したが、本発明に係る圧電素子は、１つの圧電体１１を有していてもよい。
【０１１９】
また、上記実施の形態では、ダイシング後のエッチングにより圧電体１１の表面粗さを調整する方法について説明したが、本発明に係る圧電体１１の表面粗さを実現する方法は、この方法に限定されない。たとえば、圧電体１１の表面を所望の表面粗さに調整する方法の例には、フッ素や塩素などのガスによる誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）と、ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ）加工と、収束イオンビーム（ＦＩＢ）加工と、レーザー加工とが含まれる。
【実施例】
【０１２０】
以下、本発明に関して実施例を用いてさらに詳細に説明する。本実施例では、圧電素子の製造方法を説明し、圧電体の比誘電率を評価した。【０１２１】
［エッチング液１の調製］
下記成分を下記の量で混合し、エッチング液１を調製した。
フッ化アンモニウム（ＡＦ）          ８質量％
硝酸（ＮＡ）                        ５質量％
水                                  残り【０１２２】
［エッチング液２〜４の調製］
３５質量％の塩酸（ＨｃＡ）を用意して、エッチング液２とした。また、６０質量％のフッ酸（ＨｆＡ）と４０質量％のフッ化アンモニウムとを混合して、エッチング液３とした。さらに、硝酸の代わりに５質量％の塩酸を使用したこと以外は、エッチング液１と同様にしてエッチング液４を調製した。【０１２３】
［圧電素子１の製造］
５ｍｍ、２２ｍｍ、厚み０．５ｍｍのＰＭＮ−ＰＴ基板（ＪＦＥミネラル株式会社製）を準備した。次いで、当該ＰＭＮ−ＰＴ基板のダイシングを行った。具体的には、上記ＰＭＮ−ＰＴ基板の長手方向（Ｙ方向）において貫通し、厚み方向（Ｘ方向）に開口し、かつ短手方向（Ｚ方向）において等間隔に配列している複数の切れ込みをオートマチックダイシングソー（ＤＡＤ３３５０；株式会社ディスコ製）によって形成した。これにより、上記基板の他端部に一体的に結合している５０枚の板状の圧電体切片を有するダイシング加工基板を作製した。このとき、ブレード（Ｚ０９−ＳＤ４０００−Ｙ１−９０  ７２×０．０５Ａ１×４０、Ｚ０９−ＳＤ４０００−Ｙ１−９０  ７２×０．０２５Ａ１×４０）を３００００ｒｐｍで回転させ、５ｍｍ／秒でＹ方向に移動させつつダイシングを行った。ダイシング加工基板における各圧電体切片の長さ（Ｙ方向の長さ）は５ｍｍであり、幅（Ｚ方向の長さ）は５０μｍであり、厚み（Ｘ方向における長さ）は、２４０μｍである。また、ダイシングによる切り込みの幅（Ｚ方向における長さ）は、５０μｍである。【０１２４】
次いで、上記ダイシング加工基板のエッチングを行った。具体的には、ガラスシャーレに１０ｍＬのエッチング液１を撹拌子とともに収容し、マグネティックスターラーによって１５０ｒｐｍの速度でエッチング液１を撹拌した。エッチング液１の温度は２８℃である。次いで、上記ダイシング加工基板を上記ガラスシャーレ内に８５分間浸漬させた。これにより、上記ダイシング加工基板の表面から１０μｍ分のＰＭＮ−ＰＴをエッチングして、エッチング加工基板を作製した。【０１２５】
前述の方法により、上記エッチング加工基板を２つ作製した。次いで、一方の上記エッチング加工基板の圧電体切片が他方の上記エッチング加工基板の切り込み内に配置されるように、２つの上記エッチング加工基板を互いに重ね合わせた。このとき、一方の上記エッチング加工基板の圧電体切片と、他方の上記エッチング加工基板の圧電体切片との距離が均等になるように配置した。次いで、２つの上記エッチング加工基板の圧電体切片間の間隙に二液性エポキシ樹脂Ｃ−１１６３（株式会社テスク製）を供給し、上記間隙にエポキシ樹脂を充填させた。次いで、充填されたエポキシ樹脂中の気泡を除去するために、エポキシ樹脂を間隙に充填したエッチング加工基板を減圧雰囲気（１０−３Ｐａ）に３０分間放置した。次いで、５０℃の環境下にエッチング加工基板１を２０時間静置し、上記エポキシ樹脂を硬化させた。【０１２６】
次いで、所望の間隔で配置された板状の圧電体切片と樹脂とが交互に配置されている樹脂硬化部以外の部分を除去するために、ＹＺ平面において上記エッチング加工基板を切断した。これにより、所望の間隔で配置された板状の圧電体切片と樹脂とが交互に配置されてなる圧電部材を得た。【０１２７】
次いで、圧電部材のＸ方向における端面を、ムサシノ電子株式会社製の研磨機と３μｍ砥粒とを用いて研磨して圧電部材の厚み（Ｘ方向における長さ）を調整した。次いで、０．５μｍ砥粒で研磨して当該端面表面粗さを調整した。圧電部材の厚みは１２０μｍであり、上記端面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで５ｎｍであった。【０１２８】
次いで、圧電部材のＸ方向の端面に、スパッタを用いて電極を形成した。当該電極は、圧電部材側に配置された、厚さ４ｎｍのクロム（Ｃｒ）の層と、その上に配置された、厚さ４５０ｎｍの金（Ａｕ）の層とによって構成されている。以上の手順により、圧電素子１を作製した。【０１２９】
［圧電素子２〜６の製造］
エッチング時間を下記表１に示すように変更したこと以外は、圧電素子１と同様にして、圧電素子２〜６を製造した。【０１３０】
［圧電素子７〜１３の製造］
ダイシング時における切れ込みの幅を調整して、圧電体切片の幅（Ｚ方向における長さ）を下記表１に示すように変更したこと、ダイシング加工基板のエッチングを行わなかったこと、および２つのダイシング加工基板を互いに重ね合わせず、エポキシ樹脂を圧電体切片の間隙に充填させたこと以外は、圧電素子１と同様にして、圧電素子７〜１３を製造した。【０１３１】
［圧電素子１４〜２４の製造］
エッチング液１に代えてエッチング液２〜４を用い、エッチング時間を下記表１に示すように変更したこと、および２つのエッチング加工基板を互いに重ね合わせず、エポキシ樹脂を１つのエッチング基板１ｅの圧電体切片間の間隙に充填させたこと以外は、圧電素子１と同様にして、圧電素子１４〜２４を製造した。【０１３２】
区分、圧電素子Ｎｏ．、エッチング液Ｎｏ．、エッチング液の成分、エッチング時間、エッチング量、圧電体切片の幅（Ｚ方向における長さ）、およびＰＭＮ−ＰＴ基板の幅に対する圧電体切片の幅の割合を示す。なお、表１において、「Ｎｏ．」は、圧電素子Ｎｏ．を示している。【０１３３】
【表１】
2017199634.tif 000003
【０１３４】
［評価］
（表面形状の測定および観察）
圧電素子１〜６、１４〜２４を製造するときのダイシング方法およびエッチング方法と同様に、エポキシ樹脂を充填する前のエッチング基板をそれぞれ製造した。また、圧電素子７〜１３を製造するときのダイシング方法と同様に、エポキシ樹脂を充填する前のダイシング基板をそれぞれ製造した。各エッチング基板および各ダイシング基板について、白色光干渉型顕微鏡（ＮＴ−９３００；ブルカー・エイエックスエス株式会社製）を用いて、圧電体切片の表面の算術平均粗さＳａ、尖り度Ｓｋｕ、最小自己相関長さＳａｌおよび突起頂上の個数密度Ｓｄｓを測定した。また、走査型電子顕微鏡（ＶＥ−７８００；株式会社キーエンス製）により、倍率１０００倍で圧電体切片の表面の形状を観察し、凹条が延在している方向を計測した。【０１３５】
（比誘電率の測定）
プレシジョンインピーダンスアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  ４２９４Ａ；アジレントテクノロジーズ社製、「Ａｇｉｌｅｎｔ」は、同社の登録商標）により、圧電素子１〜２４の比誘電率εｒを測定した。そして、比誘電率εｒが理論値と同等かそれ以上の場合を合格と判断した。ここでは、測定結果のばらつきが±１０％程度であることを考慮して、ｒが９０％以上である場合を合格と判断した。【０１３６】
区分、圧電素子Ｎｏ．、表面形状の測定結果（算術平均粗さＳａ、尖り度Ｓｋｕ、最小自己相関長さＳａｌおよび突起頂上の個数密度Ｓｄｓ）、表面形状の観測結果（凹条の延在方向）、比誘電率εｒ、および理論値に対する比誘電率εｒの割合ｒを表２に示す。このとき、理論値は、ダイシング前のＰＭＮ−ＰＴ基板の比誘電率（４７１０）に、ダイシング前のＰＭＮ−ＰＴ基板の幅（Ｚ方向の長さ）に対する圧電体切片の幅（Ｚ方向の長さ）の割合を掛けることにより算出した。なお、表２において、「方向」とは、凹条の延在方向を示しており、「ランダム」は、凹条が特定の方向に沿って延在していないことを示し、「角度を表す数値」は、一対の電極の対向方向を基準（０°）としたときの凹条の延在方向を示している。また、「Ｎｏ．」は、圧電素子Ｎｏ．を示している。【０１３７】
【表２】
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【０１３８】
表２から明らかなように、圧電素子１〜６については、いずれも、比誘電率εｒが理論値と同等かそれ以上（ｒが９０％以上）であり、圧電体を小さくしたことによる比誘電率の低下が抑制されていた。これは、圧電体の表面の算術平均高さＳａが５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、圧電体の表面の尖り度Ｓｋｕが３．０以上４．０以下であり、圧電体の表面の最小自己相関長さＳａｌさが１．０μｍ以上４．０μｍ以下であるためと考えられる。【０１３９】
一方、圧電素子７〜２４については、いずれも、比誘電率εｒが理論値より小さかった（ｒが９０％未満）。これは、圧電体の表面の算術平均高さＳａ、圧電体の表面の尖り度Ｓｋｕおよび圧電体の表面の最小自己相関長さＳａｌの少なくとも１つが所定の範囲内になかったためと考えられる。【０１４０】
本出願は、２０１６年５月１９日出願の特願２０１６−１００３４０に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明によれば、超音波に対して高い感度を有する超音波探触子を構成することが可能となる。したがって、本発明によれば、超音波撮像装置のさらなる普及が期待される。
【符号の説明】
【０１４２】
１  圧電体基板
１ｄ  ダイシング基板
１ｅ  エッチング基板
２、２２  圧電体切片
２３  一次封入体
２４  第１の樹脂板部
２５  二次封入体
２６  第２の樹脂板部
１０、２０  圧電部材
１１、２１  圧電体
１２  樹脂
１３  凹条
３０  電極
１００  超音波探触子
１１０  背面層
１２０  音響反射層
１３０  圧電素子
１４０  音響整合層
２００  超音波撮像装置
２０１  装置本体
２０２  ケーブル
２０３  入力部
２０４  制御部
２０５  送信部
２０６  受信部
２０７  画像処理部
２０８  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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